(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームカッティング技術を用いて１つの材料からいくつかの部材をマシンカッティングするための方法であって、
上記方法は、２次元の形状またはパターンをカッティングするための制御ルールおよび変数のセットを提供し、１つのルール、または、いくつかのルールの組合せが、カッティングされる形状またはパターンにより、カッティング操作に用いられ、上記形状またはパターンが、上記１つの材料から上記部材を形成する方法であり、
上記制御ルールのセットは、自由形状の部材のクラスターの成形のためのルールを備え、
上記部材は、カッティングビームによる１つの切断部によって分離されると共に、互いに非常に近接して位置決めされ、上記部材の形状が許す限り、カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみが、隣接する部材間に見つけられ、
上記制御ルールのセットは、角度をカッティングするためのルールを備え、
上記ルールは、或る角度が２つの切断部に挟まれると述べ、
上記切断部の両方が、上記角度の先端に至り、または、上記切断部の一方が上記角度に至ると共に上記切断部の一方が上記角度から離れ、
上記角度に至る少なくとも１つの上記切断部は、上記角度の先端まで到達せず、したがって、上記角度の先端にマイクロジョイントを残し、または、
上記切断部の一方または両方は、上記角度の先端を通り過ぎることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、それぞれの部材をポケットとともに保持するマイクロジョイントによって、上記部材を上記クラスター内で１つまたはいくつかのポケットと共に結合するためのルールを備え、マイクロジョイントは、輪郭のカッティングを、カッティングすべき輪郭内への設定した距離で開始させることにより、または、カッティングすべき上記輪郭の端部の前の設定した距離で上記輪郭のカッティングを停止させることにより形成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、隣接する部材を互いにまとめて保持するマイクロジョイントによる、上記部材の結合のためのルールを備え、マイクロジョイントは、カッティングすべき輪郭内への設定した距離で輪郭のカッティングを開始することにより、または、カッティングすべき上記輪郭の端部の前の設定した距離で上記輪郭のカッティングを停止することによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、上記部材を周囲の材料とまとめて保持するマイクロジョイントによって、上記クラスターを包囲する材料とそれらの部材とを結合するためのルールを備え、マイクロジョイントは、カッティングすべき輪郭内への設定した距離で輪郭のカッティングを開始することにより、または、カッティングすべき上記輪郭の端部の前の設定した距離で上記輪郭のカッティングを停止することによって形成されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１つに記載の方法であって、
上記マイクロジョイントのサイズは、上記制御ルールによって制御され、上記サイズを制御するための変数は、上記設定された距離、使用する材料および使用するカッティング装置に基づいていることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、分割切断を実行することにより、または、必ず必要な長さよりも長い１つのラインまたは輪郭をカッティングして、これによって形成された間隙を旋回領域として利用することによる、戦略的に位置決めされた旋回領域の形成のためのルールを備えていることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
上記間隙の旋回領域としての利用は、上記カッティングビームが、上記旋回領域内で、使用するカッティング装置に追い付くことを可能にすることによって行われることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１つに記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、上記カッティングビームが遮断ポイントを横断する際に、上記カッティングビームが、使用するカッティング装置に上記遮断ポイントで追い付くことを可能にするためのルールを備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、ポケットエリアに新しい穿孔を作るためのルールを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、穿孔を作り、上記クラスターの周囲の材料にカッティングを開始することによってポケットをカッティングして、上記クラスター内で、上記ポケット、または、上記ポケットの一部を切り出すためのルールを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１つに記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、穿孔を作り、上記クラスター内で第１のポケットにカッティングを開始することによって上記クラスター内で第２のポケットをカッティングして、上記クラスター内で上記第２のポケット、または、上記第２のポケットの一部を切り出すためのルールを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１つに記載の方法であって、
上記制御ルールのセットは、事前に作られた切断部に新しい穿孔を作るためのルールを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１つに記載の方法であって、
上記カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみが隣接する部材間に見つけられることができないときは常に、１つの部材は、上記クラスター内のもう１つの部材、同じ材料片から切り出されたもう１つのクラスター内の部材、同じ材料片から切り出された１つまたはいくつかの単独部材、または、上記包囲する材料の外側フレームであり、少なくとも２つの異なる変数は、上記隣接する部材間の距離を設定するのに用いられ、第１の変数は隣接する平行線を有する隣接する部材間の第１の最小距離を表し、第２の変数は隣接する部材間の第２の最小距離を表し、上記隣接する部材の少なくとも一方は隣接する非直線を有し、上記第２の変数によって表される距離は、上記第１の変数によって表される距離よりも短いことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
上記第２の変数によって表される第２の距離は、上記非直線の形状に基づいていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１つに記載の方法であって、
第３の変数が、使用する材料を表し、第４の変数が、プラズマ、レーザ、ガス、水、イオン、トーチ、ペレットまたは空気を用いたカッティング等の使用するビームカッティング技術を表すことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
第５の変数が、上記カッティングの幅を表し、上記第５の変数が、上記第３および第４の変数に基づいていることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれか１つに記載の方法であって、
使用する材料、上記使用する材料の厚さおよび使用するカッティング技術に基づいて、導入部または導出部のための角度、形状および／または長さの自動調整によって、上記導入部または導出部を設けることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれか１つに記載の方法であって、
全ての穴のカッティング、戦略的に位置決めされた分割切断、共通切断、およびポケット等の全てのカッティング操作を上記クラスター内で行い、上記クラスターの外側の輪郭を完成させる前に、必要なマイクロジョイントを生成することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか１つに記載の方法であって、
上記方法は、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）またはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のためのツールとして実施されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１つに記載の方法であって、
上記方法は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）によって制御されるカッティング装置における数値制御装置によって用いられる制御ルールおよび変数の一部として実施されることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１つに記載の方法であって、
定められた変数および距離による上記ルールおよび変数の自動実施を特徴とする方法。
【請求項２２】
ビームカッティング技術を用いて、１つの材料からいくつかの部材をマシンカッティングするためのシステムであって、
２次元の形状またはパターンをカッティングするための制御ルールおよび変数のセットを提供し、１つのルール、または、いくつかのルールの組合せが、カッティングされる形状またはパターンにより、カッティング操作に用いられ、上記形状またはパターンが、上記１つの材料から上記部材を形成するシステムであり、
上記制御ルールのセットは、自由形状の部材のクラスターの成形のためのルールを備え、
上記部材は、カッティングビームによる１つの切断部によって分離されると共に、互いに非常に近接して位置決めされ、上記部材の形状が許す限り、カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみが、隣接する部材間に見つけられ、
上記制御ルールのセットは、角度をカッティングするためのルールを備え、
上記ルールは、或る角度が２つの切断部に挟まれると述べ、
上記切断部の両方が、上記角度の先端に至り、または、上記切断部の一方が上記角度に至ると共に上記切断部の一方が上記角度から離れ、
上記角度に至る少なくとも１つの上記切断部は、上記角度の先端まで到達せず、したがって、上記角度の先端にマイクロジョイントを残し、または、
上記切断部の一方または両方は、上記角度の先端を通り過ぎることを特徴とするシステム。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御してそれぞれの部材をポケットとともに保持するマイクロジョイントによって、上記部材を上記クラスター内で１つまたはいくつかのポケットと共に結合して、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御してカッティングすべき輪郭内への設定した距離で輪郭のカッティングを開始させ、または、カッティングすべき上記輪郭の端部の前の設定した距離で上記輪郭のカッティングを停止させるように構成され、マイクロジョイントに上記設定した距離に一致するサイズを与えることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して隣接する部材を互いにまとめて保持するマイクロジョイントによって、上記部材の結合を行い、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御してカッティングすべき輪郭内への設定した距離で輪郭のカッティングを開始させ、または、カッティングすべき上記輪郭の端部の前の設定した距離で上記輪郭のカッティングを停止させるように構成され、マイクロジョイントに上記設定した距離に一致するサイズを与えることを特徴とするシステム。
【請求項２５】
請求項２２から２４のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して上記部材と上記クラスターを包囲する材料との間にマイクロジョイントを残して、上記マイクロジョイントがそれらの部材を包囲する材料と共に保持するのを可能にし、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御してカッティングすべき輪郭内への設定した距離で輪郭のカッティングを開始させ、または、カッティングすべき上記輪郭の端部の前の設定した距離で上記輪郭のカッティングを停止させ、上記カッティング装置は、上記輪郭の完成したカッティングを閉じないように制御されるように構成され、マイクロジョイントに上記設定した距離に一致するサイズを与えることを特徴とするシステム。
【請求項２６】
請求項２３から２５のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記マイクロジョイントのサイズを設定する制御ルールに従って、上記サイズを制御するための変数が、上記設定された距離、使用する材料および使用するカッティング装置に基づくように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２７】
請求項２２から２６のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、この目的のために分割切断を実行することにより、または、必ず必要な長さよりも長い１つのラインまたは輪郭をカッティングして、これによって形成された間隙を旋回領域として利用することによる、戦略的に位置決めされた旋回領域の形成をするように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して上記間隙を旋回領域として利用し、上記カッティングビームが、上記旋回領域において、使用するカッティング装置に追い付くことを可能にするように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項２９】
請求項２２から２８のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して上記カッティングビームが遮断ポイントを横断する際に、上記カッティングビームが、使用するカッティング装置に上記遮断ポイントで追い付くことを可能にするように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３０】
請求項２２から２９のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御してポケットエリアに新しい穿孔を作るように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３１】
請求項２２から３０のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して穿孔を作り、上記クラスターを包囲する材料にカッティングを開始することによって、上記カッティング装置を制御してポケットをカッティングして、上記クラスター内で、上記ポケットまたは上記ポケットの一部を切り出すように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３２】
請求項２２から３１のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して穿孔を作り、上記クラスター内で第１のポケットのカッティングを開始することによって、上記カッティング装置を制御して上記クラスター内で第２のポケットをカッティングして、上記クラスター内で上記第２のポケットまたは上記第２のポケットの一部を切り出すように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３３】
請求項２２から３２のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して事前に作られた切断部に新しい穿孔を作るように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３４】
請求項２２から３３のいずれか１つに記載のシステムであって、
カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみが隣接する部材間に見つけられることができないときは常に、１つの部材は、上記クラスター内のもう１つの部材、同じ材料片から切り出されたもう１つのクラスター内の部材、同じ材料片から切り出された１つまたはいくつかの単独部材、または、上記包囲する材料の外側フレームであり、
上記制御ユニットは、少なくとも２つの異なる変数を用いて、上記隣接する部材間の距離を設定するように構成され、第１の変数は隣接する平行線を有する隣接する部材間の第１の最小距離を表し、第２の変数は隣接する部材間の第２の最小距離を表し、上記隣接する部材の少なくとも一方は隣接する非直線を有し、上記第２の変数によって表される距離は、上記第１の変数によって表される距離よりも短いことを特徴とするシステム。
【請求項３５】
請求項３４に記載のシステムであって、
上記第２の変数によって表される第２の距離は、上記非直線の形状に基づいていることを特徴とするシステム。
【請求項３６】
請求項２２から３５のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、第３の変数が、使用する材料を表し、第４の変数が、プラズマ、レーザ、ガス、水、イオン、トーチ、ペレットまたは空気を用いたカッティング等の使用するビームカッティング技術を表すことを考慮に入れるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３７】
請求項３６に記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、第５の変数が、上記カッティングの幅を表し、上記第５の変数が、上記第３および第４の変数に基づいていることを考慮に入れるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３８】
請求項２２から３７のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、使用する材料、上記使用する材料の厚さおよび使用するカッティング技術に基づいて、導入部または導出部のための角度、形状および／または長さの自動調整によって、上記導入部または導出部を設けるように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項３９】
請求項２２から３８のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して全ての穴のカッティング、戦略的に位置決めされた分割切断、共通切断、およびポケット等の全てのカッティング操作を上記クラスター内で行い、上記クラスターの外側の輪郭を完成させる前に、必要なマイクロジョイントを生成するように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項４０】
請求項２２から３９のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記システムは、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）またはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のためのツールとして実施されることを特徴とするシステム。
【請求項４１】
請求項２２から３９のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）装置内の数値制御器であることを特徴とするシステム。
【請求項４２】
請求項２２から４１のいずれか１つに記載のシステムであって、
上記制御ユニットは、定められた変数および距離による上記ルールおよび変数の自動実施をするように構成されていることを特徴とするシステム。
【請求項４３】
実行した場合に、コンピュータが、請求項１〜１９のいずれか１つに記載の制御ルールおよび変数を実施することを可能にするコンピュータプログラムコードを備えることを特徴とするコンピュータプログラムプロダクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビームカッティング技術を用いて、１つの材料からいくつかの部材をマシンカッティングするための方法に関する。その方法は、２次元の形状またはパターンをカッティングするための制御ルールおよび変数のセットを提供する。この場合、カッティングすべき形状またはパターンにより、１つのルールまたはいくつかのルールの組合せがカッティング操作に用いられ、その形状またはパターンは、その１つの材料からいくつかの部材を形成する。
【０００２】
また、本発明は、それを介して本発明を実施することができるシステムおよびコンピュータプログラムプロダクトに関する。
【０００３】
１つの材料から部材をカッティングするための周知の様々なカッティング技術があり、本発明は、いわゆるビームカッティング技術に関する。ビームカッティングは、レーザカッティング、プラズマカッティング、イオンビームカッティング、ガスまたはトーチカッティング、ウォーターカッティング、ペレットカッティングまたはエアカッティング等のある種のビームをカッティング手段として有するものと定義される。これを、カッティング手段が鋸刃または回転切削ヘッド等の機械的部材である機械的切断と混同すべきではない。
【背景技術】
【０００４】
従来、１つの材料からカッティングすべき部材を選び出して配置するためのネスティング部材配置方法に基づく加工プラン最適化ツールを用いることが知られている。ネスティングは、所定の作業領域内でポリゴンを回転させて詰め込む異なる発見的探索アルゴリズムに基づいている、２次元で機能する幾何学的最適化ツールである。図形的方法において、ネスト化された加工プランは、極めて良好な解決策を与えるが、製造時に部材間に安全距離を用いることが必要である。これら安全距離は、製造プロセスで生じる機械加工および材料の技術的条件を考慮しなければならない。安全距離のサイズは、使用する材料および用いられるカッティング技術によって変わり、通常の部材間の安全距離は、５〜２０ｍｍである。
【０００５】
機械のカッティング操作を制御するために用いる制御ルールの実施例は、
・鋭いエッジ、
・旋回点、
・重要な領域でのビーム制動、
・カッティングヘッドを感知すること、
・材料を位置決めできるグリッドを考慮すること、
・予め切断された個々の要素の旋回のリスクを考慮すること、
・導入部の長さ、形状および角度、
・導出部の長さ、形状および角度、
・部材のためのマイクロジョイント、および
・カッティングする際のガスの異なる使用、およびウォーターカッティングにおける抽出性材料の容積、
の取扱い方法である。
【０００６】
使用する材料に関連する制御ルールの実施例は、
・異なる金属のための回転方向、
・熱、
・材料が安定すること、
・材料におけることなるパターン、
・材料の伸縮、
・部材のための許容差、および
・部材品質、
とすることができる。
【０００７】
上述した生産および材料関連の条件により、カットした部材間に屑材が生じる。
【０００８】
ビームは材料内に切断部を形成するので、その切断部の厚さは、そのビームの厚さと同じかまたは一致し、そのため、部材を材料上に位置決めして、部材間の安全距離を設定する際には、そのビームの厚さを考慮しなければならない。カッティングプロセスにおいては、工具径補正を用いることが知られており、切断部が、そのカッティング方向において部材の左側に形成される場合は、左側工具径補正が用いられ、切断部が、そのカッティング方向において部材の右側に形成される場合には、右側工具径補正が用いられる。工具径補正を偏向する場合には常に、そのカッティングプロセスが停止され、ビームが止められた後に、新しい穿孔を作る。
【０００９】
信頼性の高い生産工程を提供するのに用いられるいくつかの公知の方法は、通常、材料骨格と呼ばれる、部材と、その部材を囲む材料との間にマイクロジョイントを用いることである。マイクロジョイントは、切断経路に沿った切断におけるカッティングビームを停止させ、カッティング装置を、その切断経路に沿った小距離を移動させた後、カッティングビームを再び始動させて、その切断経路に沿った切断を続行することによって形成される。そして、切断されていない小さな部分がマイクロジョイントを構成することとなる。
【００１０】
カッティングプロセスにおける穿孔の数および位置決め距離を最小限にするために、部材間にブリッジを手動で配置することおよびチェーンカットすることが知られている。
【００１１】
また、材料屑および切断長を最小限にするために、二点間の直線に対して共通の切断を用いることによって、材料屑を最小限にすることも知られている。共通の切断においては、２つの部材間の距離は、単にそのカッティングビームによる１つの切断部の厚さであり、そのカッティングプロセス中に、工具径補正は用いられない。
【発明の概要】
【００１２】
課題
どのような種類のビームカッティング技術を用いても、屑材に関して大きな問題がある。通常の信頼できる生産カッティングプランは、２０〜５０％の屑材を有する。生産時に廃棄物が生じる背景は、各切断方法および各材料のための技術的ルールと組合せた原材料への無効な部材配置方法である。
【００１３】
カッティング技術を製造方法として用いる場合、詳細な価格を提示する４つの異なるコストが存在する。通常、詳細な価格の５０％をはるかに超える材料コスト、および３つの異なるカテゴリのマシンコスト、すなわち、穿孔、位置距離および切断距離である。屑材の量を減らすことが課題である。また、カッティングプロセスで必要な穿孔の数を制限することも課題であり、また、カッティングプロセスにおける位置距離および切断距離を最適化することが課題である。
【００１４】
屑材を最小限にするために、自由形状部材間の距離を最小限にすることが課題である。
【００１５】
部材が互いに非常に近接している場合には、穿孔の数を最小限に保つこと、ビームカッティングプロセスのための旋回領域を設けること、および部材を結合することのできる隣接する骨格がない場合に、部材が旋回することを回避することが課題である。
【００１６】
ビームカッティング技術においては、カッティングビームが、カッティング装置と材料の間の相対運動において、材料の上面から材料の底面まで遅れをとることが課題である。これは、装置がその動きを停止して、そのときのビームを旋回させた場合、その材料は、その切断部の終点を通って完全に切断されないであろうことを意味する。
【００１７】
別の課題は、この遅れを取り戻すためにビームが出た状態で、カッティング操作が静止した場合、停止箇所周辺の領域における材料の特性が影響を受け、例えば、いくつかのカッティング方法によって、その材料が加熱されおよび硬くなるということである。新たな切断の開始点でも同じことであり、この場合、材料の穿孔によって、この開始点周辺の影響を受けた特性を有する材料の半径でクレーターが形成されることになる。これらの課題のため、各切断の開始点および終点において、導入部および導出部が用いられることがあり、その導入部および導出部は、実際の切断部の外部にあり、その結果、影響を受けた材料のこの領域は、切断部の一部とはならない。
【００１８】
解決策
上述した課題のうちの１つ以上を解決するという目的で、および本発明の上述した分野の観点から、本発明は、制御ルールのセットが、自由形状の部材のクラスターの成形のためのルールを備え、この場合、それらの部材は、互いに非常に近接して位置決めされ、それらの部材の形状が許す限り、カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみが、隣接する部材間に見つけられることを教示する。
【００１９】
このことは、屑材を低減し、また、カッティングプロセスにおける位置距離および切断距離を最適化するであろう。
【００２０】
本発明は、制御ルールのセットが、ポケットで部材を保持する、または隣接する部材を互いにまとめて保持するマイクロジョイントによる、クラスターの部材の接触結合のためのルールを備えることを教示する。
【００２１】
具体的には、マイクロジョイントは、輪郭のカッティングを、カッティングすべき輪郭内への設定した距離だけ開始させることにより、または、カッティングすべきその輪郭の端部の前の設定した距離で輪郭のカッティングを停止し、それによってその輪郭の完全なカッティングを完了しないことによって形成され、この場合、その輪郭のカッティングされていない開始部または停止部がそのマイクロジョイントを構成し、およびこれによって形成されたマイクロジョイントのサイズは、その設定された距離に一致することが教示されている。このことは、カッティングプロセス中に、カッティングビームを始動および停止することなく、マイクロジョイントを形成することを可能にし、それによって、カッティングプロセスに、カッティングビームのより少ない始動および停止を伴うカッティングプロセスを生み出すであろう。こうすることで、マイクロジョイントによって互いに接続されている部材のクラスターを、カッティングプロセスにおいて、１つの複合部材として処理することができる。
【００２２】
また、その制御ルールのセットが、部材を周囲の材料とまとめて保持するマイクロジョイントによって、そのクラスターを包囲する材料と部材とを結合するためのルールを備えることも企図されている。また、このマイクロジョイントは、輪郭のカッティングを、カッティングすべき輪郭内への設定した距離だけ開始させることにより、または、カッティングすべきその輪郭の端部の前の設定した距離で輪郭のカッティングを停止し、それによってその輪郭の完全なカッティングを完了しないことによって形成され、この場合、その輪郭のカッティングされていない開始部または停止部がそのマイクロジョイントを構成し、これによって形成されたマイクロジョイントのサイズは、その設定された距離に一致する。
【００２３】
マイクロジョイントのサイズは、その制御ルールによって制御され、その場合、そのサイズを制御するための変数は、設定した距離、使用する材料および使用するカッティング装置に基づくことが企図されている。
【００２４】
工具径補正は、多くの場合、隣接する部材間に所望の距離を維持するのに、およびカッティングされる部材の所望の品質が工具径補正を必要とする場合に必要になる。穿孔およびそれに付随する導入部および導出部の数を制限するという目的で、および１つのクラスターに付随する部材の複雑な組合せを可能にするという目的で、その制御ルールのセットが、そのカッティングビームのターンオフおよびターンオンを要することなく、１つのラインまたは輪郭の連続カッティングの間に、右側工具径補正、左側工具径補正および工具径補正なしを切替えるためのルールを備えることが企図されている。
【００２５】
同じ理由から、その制御ルールのセットが、この目的のために分割切断を実行することによる、または、必ず必要な長さよりも長い１つのラインまたは輪郭をカッティングして、これによって形成された間隙を旋回領域として利用することによる、戦略的に位置決めされた旋回領域の形成のためのルールを備えることも企図されている。
【００２６】
そのような旋回領域としての間隙の利用は、その旋回領域内で、そのカッティングビームが、使用するカッティング装置に追い付くことを可能にすることによって行われ、これは、その旋回領域において、そのカッティングビームの遅れをなくすことができるということであり、そのカッティングビームとしての直線状のカッティングビームが方向を変えて、新たな方向でその切断を続けることを可能にする。
【００２７】
これによって、その装置がそのカッティングビームの方向を別の方向に変える場合に、その旋回点において隣接する材料間に好ましくない架橋材料を残すことなく、その切断が、その旋回点においても、その材料全体にわたって完了することが確実になるであろう。
【００２８】
また、その制御ルールのセットは、そのカッティングビームが遮断ポイントを横断する際に、そのカッティングビームが、その遮断ポイントにおいて、使用するカッティング装置に追い付くことを可能にするためのルールを備えることも企図されている。
【００２９】
いくつかの部材が互いに近接して位置決めされているため、それらの形状によって、非常に小さな角度のカッティングがしばしば必要である。これらの小さな角度は、２つの直線状の切断部により、２つの接線または曲線により、あるいは直線状の切断部と、その角度につながる曲線との組合せによって形成できる。小さな角度をカッティングするには技術的な問題があり、本発明は、その制御ルールのセットが、小さな角度をカッティングするためのルールを備え、上記ルールは、２つの切断部にカッティングされ、ライン毎に切断部が設けられ、その角度の先端につながっていると述べていることを企図する。このことは、上記角度につながる両方の切断部によって、または、上記角度につながる１つの切断部および上記角度から離れる１つの切断部によってなされうる。切断部を上記角度の先端までずっとつなげる、または、切断部を上記角度の先端の前で止める、いずれかの方法で、上記角度の先端にマイクロジョイントを形成できる。
【００３０】
互いに非常に近接して位置決めされた部材のクラスターの成形には、その材料から薄いストリップをカッティングすることが必要になる場合があり、本発明は、２つの切断部の間の距離が小さいために、それら２つの切断部の間の材料の特性が影響を受けて乱れ始める可能性がある場合は、それぞれの切断部が、２つの部分的切断部で形成され、それによって、薄い部材において、影響を受ける材料に関する問題を最小限にすることを教示する。これらの部分的切断部は、それぞれの切断部の外側の部材から、それぞれの切断部の中心に向かって始められる。
【００３１】
また、それらの部分的切断部は、それぞれの切断部に沿って最後まで形成されていないが、マイクロジョイントは、２つの部分的切断部の間に残っており、それに伴って、隣接する部材によってその薄い部材のための支持を実現できることも企図されている。
【００３２】
上記制御ルールのセットは、ポケットエリアに新しい穿孔を作るためのルールを備えていることが企図されている。
【００３３】
また、上記制御ルールのセットは、穿孔を作り、上記クラスターを包囲する材料にカッティングを開始することによってポケットをカッティングして、上記クラスター内で、上記ポケットまたは上記ポケットの一部を切り出すためのルールを備えていることが企図されている。
【００３４】
また、上記制御ルールのセットは、穿孔を作り、上記クラスター内で第１のポケットにカッティングを開始することによって上記クラスター内で第２のポケットをカッティングして、上記クラスター内で、上記第２のポケットまたは上記第２のポケットの一部を切り出すためのルールを備えていることが企図されている。
【００３５】
また、上記制御ルールのセットは、事前に作られた切断部に新しい穿孔を作るためのルールを備えていることが企図されている。
【００３６】
穿孔およびポケットの切り抜きについてのこれらのルールは、より少ない穿孔を作る要件のために費用効果の高い穿孔を作りやすくする。また、これらのルールは、自由形状の部材間のポケットのカッティングを可能にすることが要求される。
【００３７】
屑材をさらに最小限にするために、カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみが隣接する部材間に見つけられることができないときは常に、１つの部材は、上記クラスター内のもう１つの部材、同じ材料片から切り出されたもう１つのクラスター内の部材、同じ材料片から切り出された１つまたはいくつかの単独部材、または、上記包囲する材料の外側フレームであり、少なくとも２つの異なる変数が、２つの異なるクラスターからの隣接する部材間の距離を設定するために用いられることが企図されている。隣接する平行線を伴う隣接する部材間の第１の最小距離を表す第１の変数、および隣接する部材の少なくとも一方が、隣接する非直線を有する隣接する部材間の第２の最小距離を表す第２の変数、この場合、２つの平行な切断部が、非直線を有する切断部よりも多くの影響をその隣接する部材の材料に及ぼすため、その第２の変数によって表される距離は、第１の変数によって表される距離よりも短い。
【００３８】
また、第２の変数によって表される第２の距離は、その非直線の形状に基づき、例えば、より小さな半径を有する形状が、より大きな半径を有する形状よりも短い最小距離を可能にすることも企図されている。また、隣接するコーナーを有する形状は、半径を有する形状よりも短い最小距離を可能にするだろう。
【００３９】
これらのルールの実施は、使用するビームカッティング技術および使用する材料に基づくことを理解すべきであり、従って、第３の変数が、使用する材料を表し、第４の変数が、プラズマ、レーザ、ガス、水、イオン、トーチ、ペレットまたは空気を用いたカッティング等の使用するビームカッティング技術を表すことが企図されており、その結果、これらのルールを特定のカッティング操作に適用する場合に、これらの変数を考慮することができる。
【００４０】
異なるカッティング技術は、カッティングビームに異なる厚さを与え、同じカッティング技術を利用する異なるカッティング装置も、上記カッティング装置の状態により、カッティングビームに異なる厚さを与えるであろう。そのため、第５の変数が、そのカッティングビームの幅または厚さを表すことが企図されている。この第５の変数もまた、第３および第４の変数に基づいている。
【００４１】
本発明は、制御ルールのセットが、使用する材料、使用する材料の厚さおよび使用するカッティング技術に基づいて、導入部または導出部のための角度、形状、および／または長さの自動調節によって導入部または導出部のためのルールを設けることができ、その角度および長さの調節は、切断部の開始点および停止点を、可能な限り小さな導入または導出角度で、その切断部から十分に離れたところに配置するように適合されていることを教示する。
【００４２】
本発明は、全ての穴のカッティング、戦略的に位置決めされた分割切断、共通切断、およびポケット等の全てのカッティング操作を上記クラスター内で行い、上記クラスターの外側の輪郭を完成させる前に、必要なマイクロジョイントを生成するという順番で、カッティング操作が行われることが企図されている。
【００４３】
本発明の方法は、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のためのツールとして、または、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）によって制御されるカッティング装置における数値制御器によって用いられる制御ルールおよび変数の一部として実施できることを理解すべきである。
【００４４】
本発明の方法に記載されているルールおよび変数は、マニュアルの介入の必要性がなく、設定された変数および距離に従って自動的に実施できることを理解すべきである。
【００４５】
また、本発明は、１つの材料からいくつかの部材をマシンカッティングするためのシステムであって、ビームカッティング装置と、本発明の方法に従って制御を実行するように適合された、そのビームカッティング装置を制御するための制御ユニットとを備えるシステムに関する。
【００４６】
また、本発明は、実行時に、コンピュータが、本発明の方法に従って制御ルールおよび変数を実施することを可能にするコンピュータプログラムコードを備えるコンピュータプログラムプロダクトに関する。
【００４７】
効果
本発明による方法、システム、コンピュータプログラムプロダクトの効果は、本発明によって、材料屑を最小限にし、および穿孔の数、位置距離および切断距離に関する最適化を意味する、最適化されたマシンコストで信頼性の高い生産カッティングプランを作ることが可能であるということである。
【００４８】
本発明は、カッティングマシンにおけるカッティング変数を制御して、信頼性のあるプロセスを得ることが可能であるカッティング作業プランを備えた最適なカッティングを提供する。本発明は、１つ以上の自由形状部材、導入部の長さ、形状および角度、導出部の長さ、形状および角度をまとめて集団化し、工具径補正を切替え、およびそのクラスターの領域内で走査する場合に、旋回領域、部材間の距離、部材間のマイクロジョイントに関する制御を実行でき、すなわち、位置決め距離を最小限にするために、そのクラスターの領域内の穴、裂け目、共通の切断およびポケット間で検出切削ヘッドを持ち上げることなく、そのヘッドを使用する可能性を実現できる。
【００４９】
提供される生産信頼性は、安全なプロセス、部材の適切な許容差、および最小限の資源廃棄物を伴う部材のための最適な品質を意味する。
【００５０】
本発明は、自由形状部材のためのクラスターを作る可能性を実現できる。近接したクラスターにおける作業領域上に最適化された単一の部材は、材料屑を最小限にする機会をもたらす。クラスターが形成されるため、一つ一つの要素は互いに接触して位置決めされ、それによって、集団化する際に、全ての接線セグメントを用いることが可能になる。いくつかの部材からなる本発明のクラスターは、安全距離がなく、接線、裂け目、ブリッジ、旋回領域、マイクロジョイント、共通切断ラインおよびポケットだけがある新たな部材を生成する。本発明のルールおよび変数の異なるクラスターは、自由形状の２次元部材が、安全距離なしで集団化されようとしている場合の近づきつつあるいかなる種類の状況に対しても、信頼できるカッティングプロセスを生み出す可能性を提供できる。
【００５１】
また、カッティングすべき部材間、および／または部材とポケットとの間のマイクロジョイントの利用も、手動または自動化された選別プロセスにおいて効果がある。
【００５２】
また、本発明の旋回領域の利用によって、カッティング方向を変えるために、その骨格の領域を用いることを避けて、その代わりに、そのカッティング方向が変わっている既に切断されたラインを用いる可能性を実現でき、それにより、ここでもまた、屑材を最小限にする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
次に、本発明による方法、システムおよびコンピュータプログラムプロダクトを、添付図面を参照して詳細に説明する。
【図１】図１は、本発明に係る方法、システムおよびコンピュータプログラムプロダクトを概略的かつ単純化した図である。
【図２】図２は、２つの部材のみを有する部材のクラスターの概略図である。
【図３】図３は、いくつかの部材を有するクラスターの概略図である。
【図４】図４は、いくつかの遮断ポイントにわたってカッティングする方法の概略図である。
【図５】図５は、異なる方法を実現するために、共通切断を終了する方法を概略的かつ単純化した図である。
【図６ａ】図６ａは、小さな角度をどのようにカッティングするかについての方法を概略的かつ単純化した図である。
【図６ｂ】図６ｂは、小さな角度をどのようにカッティングするかについての方法を概略的かつ単純化した図である。
【図７ａ】図７ａは、カッティングビームの１つの切断部の厚さの距離で隣接する接線を有する２つの部材をカッティングする２つの異なる方法の概略図である。
【図７ｂ】図７ｂは、カッティングビームの１つの切断部の厚さの距離で隣接する接線を有する２つの部材をカッティングする２つの異なる方法の概略図である。
【図８】図８は、薄いストリップをカッティングする方法の概略図である。
【図９】図９は、異なるクラスターの間の距離をどのように設定できるかについての概略図である。
【図１０】図１０は、導入部および導出部を設定する方法の概略図である。
【図１１】図１１は、穿孔のための異なる位置およびポケットをカッティングする異なる方法を概略的かつ単純化した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明を、ビームカッティング技術を用いて、１つの材料１２からいくつかの部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃをマシンカッティングするための方法を示す図１を参照して説明する。図１の概略図は、カッティング装置１３が移動可能であり、および材料１２が固定されていることを示しているが、本発明は、上記カッティング装置が固定され、およびその材料が移動可能であるシステムで実施することもできることを理解すべきである。本発明は、何が移動しているかおよび何が固定されているかに関わらず、材料１２とカッティング装置１３の間の相対運動を制御することに関する。
【００５５】
本発明の説明においては、１つの具体的なビームカッティング技術が説明されていることを示唆する特定の用語を用いることができるが、本発明は、いかなるビームカッティング技術にも関連していることを理解すべきであり、当業者は、１つのビームカッティング技術に固有の用語によって説明されている特徴を、どのようにして別のビームカッティング技術に適応させることができ、かつ別のビームカッティング技術で実施できるかを理解するであろう。
【００５６】
本発明の方法は、２次元の形状またはパターンをカッティングするための制御ルールおよび変数のセットを提供し、この場合、カッティングすべき形状またはパターンにより、１つのルールまたはいくつかのルールの組合せが、そのカッティング操作に用いられ、その形状またはパターンは、１つの材料から部材を形成する。それらの制御ルールおよびパラメータは、カッティング装置１３と１つの材料１２との間の相対運動を制御するのに用いられ、その結果、この運動は、そのカッティング操作を実行するための制御された方法で行われる。
【００５７】
その制御ルールのセットは、自由形状の部材１５からなるクラスターの形成のためのルールを備えることが具体的に教示されている。自由形状に関しては、それらの部材がその材料から切断される、２次元のいかなる構造または形状も有することができることを意味している。
【００５８】
部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、互いに非常に近接して位置決めされており、それらの部材の形状が許す限り、カッティングビーム１３ａの１つの切断部の厚さ１３ａ’のみが、隣接する部材間に見つけられる。
【００５９】
これは、部材間に共通の切断が必要であり、その場合、カッティングすべき共通ラインは、２点間の直線ではなく、正確に言えば、その共通ラインは、任意の湾曲形状、または、いくつかの接続された直線とすることができることを意味する。
【００６０】
以下の説明で提示する異なる実施形態は、異なる構造または形状の部材を、それらの部材間に所要の骨格を何ら要することなくカッティングすることができ、それによって大量の材料を節約できる実施例を示している。
【００６１】
１つの実施例が図２に示されており、そこでは、第１の部材２１および第２の部材２２が非常に近接して位置決めされ、カッティングビームの１つの切断部２３の厚さのみが、部材２１、２２間に見つけられる。
【００６２】
上記制御ルールのセットは、隣接する部材を互いにまとめて保持するマイクロジョイントによる、上記部材の結合のためのマイクロジョイントの形成のためのルールを備え、マイクロジョイントは、輪郭のカッティングを、カッティングすべき輪郭内への設定した距離だけ開始させることにより、または、カッティングすべきその輪郭の端部の前の設定した距離で輪郭のカッティングを停止し、それによってその輪郭の完全なカッティングを完了しないことによって形成されることが企図されており、それについては、図５を参照して詳細に説明する。これによって形成されたマイクロジョイントのサイズは、上記設定された距離と一致する。
【００６３】
上記制御ルールのセットは、包囲する材料とまとめて部材を保持するマイクロジョイントによって、そのクラスターを包囲する材料とそれらの部材を結合するためのルールを備えてもよいことを理解すべきであり、それについては、第１のマイクロジョイント２４および第２のマイクロジョイント２５が、包囲する材料２とまとめて部材２１、２２に結合していることが図２に図示されている。
【００６４】
図２を見て分かるように、第１のマイクロジョイント２４は、その輪郭のカッティングを、カッティングすべき輪郭内への設定した距離だけ開始させることによって形成され、また、第２のマイクロジョイント２５は、カッティングすべきその輪郭の端部の前の設定した距離で輪郭のカッティングを停止し、それによってその輪郭の完全なカッティングを完了しないことによって形成され、この場合、これによって形成されたマイクロジョイント２４、２５のサイズは、その設定した距離に一致する。
【００６５】
その材料が、小さな部材を傾斜させる恐れがないほど十分に厚い場合は、カットする部材が、その骨格および隣接する部材にくっつくため、その材料の厚さにより、マイクロジョイントは、全く必要ない可能性もあることを理解すべきである。
【００６６】
これらのマイクロジョイントのサイズは、その制御ルールによって制御され、そのサイズを制御するための変数は、設定された距離、使用する材料および使用するカッティング装置に基づく。例えば、カッティング技術と材料の組合せが、ビームの遅れを引き起こす場合には、その切断は、ほとんど最後まで別の切断部材に対して行うことができ、この場合、そのビームはターンオフされ、ビーム遅れにより、その材料の裏のより厚いジョイントが、そのマイクロジョイントの一部となる。カッティング技術と材料の組合せが、いかなるビームの遅れも引き起こさない場合は、それらのマイクロジョイントは、正確なサイズにカッティングすることができる。
【００６７】
第１および第２の部材２１、２２が工具径補正を必要とする場合、本発明は、箇所２ａでカッティングを開始する際、箇所２ｂに向かって第１の部材２１の輪郭をカッティングするために、左側工具径補正が用いられ、この場合、共通の切断が開始する。箇所２ｂから箇所２ｃまでは、その輪郭の共通切断部の間は、工具径補正は用いられず、箇所２ｃから箇所２ｄまでは、第２の部材２２の輪郭をカッティングするために、右側工具径補正が用いられる。そのため、上記制御ルールのセットが、そのカッティングビームのターンオンおよびターンオフを伴うことなく、ラインまたは輪郭の連続カッティングの間に、右側工具径補正、左側工具径補正および工具径補正なしを切替えるためのルールを備えることが企図されている。これは、図２における２つの部材２１、２２のカッティングを、箇所２ａから箇所２ｄへの１つの連続カッティングで行うことができることを意味する。その図は、マイクロジョイント２４、２５が、どのようにして最後までその切断を完了せずに形成されるかについても示している。
【００６８】
図２は、非常にシンプルな図であり、また、部材のクラスターが、２つの部材を含むだけであるため、本発明の具体的な実施形態でもある。
【００６９】
図３は、４つの部材、すなわち、第１の部材３１、第２の部材３２、第３の部材３３および第４の部材３４を有するクラスター３Ａの別の実施例である。ここでは、それらの４つの部材が、丸みの付いたコーナーを有するため、切断される部材が、それら４つの部材の間の中央部にポケット３Ｂを形成することが分かる。
【００７０】
本発明は、上記制御ルールのセットが、この目的のために分割切断を実行することにより、または、必ず必要な長さよりも長い１つのラインまたは輪郭をカッティングして、これによって形成された間隙を旋回領域として利用することにより、戦略的に位置決めされた旋回領域の形成のためのルールを備えることを教示する。
【００７１】
図３においては、まず、３つの部材間の共通切断、例えば、最初に第１の部材３１と第２の部材３２の間の第１の共通切断３５、次いで、第２の部材３２と第３の部材３３の間の第２の共通切断３６、そして第３の部材３３と第４の部材３４の間の第３の共通切断３７がカッティングされることが企図されている。これら３つの共通切断３５、３６、３７は、その中央部のポケット３Ｂ内へカッティングされ、それによって、それぞれの共通切断の端部に、３つの旋回領域、すなわち、第１の旋回領域３５’、第２の旋回領域３６’および第３の旋回領域３７’が作られる。
【００７２】
第４の共通切断３８がカッティングされる際、その中央部のポケットは、同じ切断によって形成され、そこでは、３つの旋回領域３５’、３６’、３７’は、そのビームがその旋回領域に入って向きを変えた後、その旋回領域から次のコーナーのカッティングを続け、そして次の旋回領域に入って続行し、ポケット３Ｂ全体を回ること等を可能にする。
【００７３】
図３による実施形態もまた、工具径補正の変更が切断中に必要となる可能性のある実施例である。このことを例証するために、第４の共通切断３８が実行される際、第１の部材３１と第４の部材３４の間の切断中には、工具径補正が用いられず、その後、これは、第４の部材３４の丸みの付いたコーナーをカッティングする間、第３の旋回領域３７’内で旋回する間、第３の部材３３の丸みの付いたコーナーをカッティングする間、第２の旋回領域３６’内で旋回する間、第２の部材３２の丸みの付いたコーナーをカッティングする間、第１の旋回領域３５’内で旋回する間、および第１の部材３１の丸みの付いたコーナーをカッティングする間、左側工具径補正に切替えられることが示されている。
【００７４】
その間隙の旋回領域としての利用は、そのカッティングビームが、その旋回領域内で、使用するカッティング装置に追い付くことを可能にすることによって行われる。
【００７５】
そのビームは、異なる方法で上記カッティング装置に追い付けるようになっており、どの方法を選択するかは、具体的なカッティング状況に基づく。
【００７６】
そのビームがカッティング装置に追い付くことを可能にする１つの方法は、その旋回領域内ではカッティング速度を遅くし、カッティング操作がその旋回領域から出て続行する際に、通常のカッティング速度まで加速することを可能にすることである。狭い旋回領域は、本発明の実際の適用においては、その旋回領域内での旋回が行われるときに、そのカッティング速度を遅くさせ、それによって、その旋回領域内で旋回が行われる際に、そのビームが上記カッティング装置に追い付くことを可能にするであろう。いくつかの適用においては、信頼性および／または品質の要件により、そのビームが実際に追い付けることを確実にするために、カッティングプロセスにおける動きを能動的に遅らせ、または、停止させることも必要となる可能性がある。
【００７７】
そのビームがカッティング装置に追い付くことを可能にする別の方法は、上記カッティング装置が、その旋回領域内である半径で作動することを可能にすることである。
【００７８】
そのビームがカッティング装置に追い付くことを可能にする別の方法は、上記カッティング装置が、その旋回領域内である角度または位相で作動することを可能にすることである。
【００７９】
図４は、本発明の一実施形態を示し、この場合、カッティングビーム４１は、いくつかの既にカッティングされたライン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄまたは遮断ポイントに交差する。このことは、そのビームの下方部が、その遮断ポイントの第１の側部を通ってカッティングする前に、そのビームの上方部が、その遮断ポイントの他方の側部でカッティングを開始する可能性があり、そのことは、カッティングの中断のリスクとなる可能性があるため、ビームがカッティング装置に遅れをとる場合に、問題を引き起こす可能性がある。
【００８０】
このことを避けるために、本発明は、その制御ルールのセットが、そのカッティングビームが遮断ポイントに交差する際に、そのカッティングビームが、その遮断ポイントにおいて、使用するカッティング装置に追い付くことを可能にするためのルールを備えることを教示する。
【００８１】
この追い付きは、異なる方法で行うことができ、企図する３つの異なる方法は、上記カッティング装置を、切断された間隙内で小さな半径Ａで作動させること、上記カッティング装置を、その切断された間隙内で小さな位相Ｂで作動させること、または、その間隙に入っているときには、カッティング速度を遅くし、その後、間隙Ｃから出る際に、通常の速度でカッティングを開始することである。
【００８２】
図５は、本発明の異なる特徴を実現するために、どのように切断を異なる方法で終了させることができるかについての実施例を示す。その図は、部材のクラスター５Ａに属する第１の部材５１、第２の部材５２、第３の部材５３および第４の部材５４を概略的に示し、そのクラスター全体は、この図には示されていない。
【００８３】
これらの部材は、第１の部材５１と第２の部材５２の間の第１の切断５１２が共通切断であり、第２の部材５２と第３の部材の間の第２の切断５２３が共通切断であり、および第３の部材５３と第４の部材５４の間の第３の切断５３４が共通切断であり、４つ全ての部材が、外側切断５５に隣接しているように位置決めされている。
【００８４】
ここでは、外側切断５５に達する前に、第１の切断５１２が停止され、それによって、第１の部材５１と第２の部材５２の間にマイクロジョイント５６が形成されていることが分かる。
【００８５】
また、第２の切断５２３は、外側切断５５に対して最後までカッティングされており、それによって、第２および第３の部材５２、５３を互いに分離していることが分かる。
【００８６】
また、第３の切断５３４は、その外側切断を越えてカッティングされており、それによって、旋回領域５７として利用できる戦略的に位置決めされた切断を実現できることが分かる。
【００８７】
図６ａは、本発明がどのようにして、小さな角度６Ａのカッティングに関する解決策を提案しているかを示す。本発明は、上記制御ルールのセットが、次のルールを備えることを教示する。このルールは、小さな角度６Ａが２つの切断部、すなわち、第１の切断部６１および第２の切断部６２にカッティングされ、ライン毎に切断部が設けられ、この実施形態において、両方の切断部は角度６Ａにつながっていることを示していることを述べている。図示するように、各切断部６１，６２は、角度６Ａの先端６Ａ’につながるが、切断部の一方または両方は、角度の先端までずっとつながる必要はなく、角度の先端にマイクロジョイントを残す、または、切断部の一方または両方が角度の先端を通ることを理解すべきである。その図において、その角度は、互いにつながっている２つの曲線で例示されているが、互いにつながっている２つの直線、または、１つの直線と１つの曲線であってもよいことを理解すべきである。
【００８８】
図６ｂは、角度６Ｂをどのようにカッティングするかについて別の実施形態を示している。ここで、角度６Ｂは、２つの切断部６３，６４にカッティングされ、１つの切断部６４が６４’で示すように角度６Ｂに導かれ、１つの切断部６３が６３’で示すように角度６Ｂから遠ざかることが示されている。この図において、角度６Ｂに導かれる切断部６４は、角度の先端６Ｂ’までずっと導かれず、角度の先端にマイクロジョイント６５を残すことが示されている。しかしながら、両方の切断部は、図６ａに示すように上記先端までずっと導かれうる、または、切断部の一方または両方は、角度の先端を通過することを理解すべきである。
【００８９】
図１１は、新しい穿孔をどのように作るか、また、２つのポケット１１ｅ，１１ｆを有する４つの部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有するクラスターおよびクラスター１１を包囲する材料１１ｇにポケットをどのようにカッティングするかについて、異なる実施形態を示している。
【００９０】
これらの実施形態によると、上記制御ルールのセットは、新しい穿孔１１ｅ’をポケットエリア１１ｅ内に作るべきと述べるルールを備える。
【００９１】
ここで、ポケット１１ｆは、穿孔１１ｇ’を作ると共に、クラスター１１を包囲する材料１１ｇにカッティングを開始することによってカッティングでき、クラスター１１内でポケット１１ｆ、またはポケットの一部を切り出すことが示されている。
【００９２】
また、第２のポケット１１ｆは、穿孔１１ｅ’を作ると共に、クラスター１１内で第１のポケット１１ｅにカッティングを開始することによってカッティングでき、上記クラスター内で第２のポケット１１ｆ、または第２のポケットの一部を切り出すことが企図されている。
【００９３】
また、事前に作られた切断部に新しい穿孔１１ｂ’を作ることが企図されている。
【００９４】
図７ａは、第１の部材７ａ１および第２の部材７ａ２が位置決めされ、隣接する接線間の距離が、カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみである実施例を示す。図７ａにおいて、そのカッティング操作は、第１および第２の部材７ａ１、７ａ２の共通接線を通る戦略的に位置決めされた分割切断部７ａ３をカッティングすることによって開始する。その後、２つの部材７ａ１、７ａ２が１つの切断部でカッティングされ、その場合、カッティングビームは、戦略的に位置決めされた分割切断部７ａ３を旋回領域７ａ３’として利用することとなる。この切断においては、切断方向７ａ４、７ａ４’は、その径補正が、全体の切断中、同じままであるようになっているため、径補正の変更は必要ない。
【００９５】
また、図７ｂは、第１の部材７ｂ１および第２の部材７ｂ２が位置決めされ、隣接する接線間の距離が、カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみである実施例を示す。図７ｂにおいて、２つの部材７ｂ１、７ｂ２は、１つの切断部でカッティングされ、その場合、そのカッティングビームが、既に切断されている接点７ｂ３を２度目に通ってカッティングする際、そのカッティングビームは、その接点に交差して、それによって、その既に切断されている接点７ｂ３は、図４による遮断ポイントとなる。工具径補正の要件がある場合、切断方向７ｂ４、７ｂ４’は、そのカッティングビームが接点７ｂ３を通過する際に径補正が変わるため、このことは、そのカッティングビームが第１の部材７ｂ１のカッティングから第２の部材７ｂ２のカッティングに移動する際の（逆の場合も同様）、径補正の変更によって実行できる。
【００９６】
図８は、３つの切断、すなわち、第１の切断部８１、第２の切断部８２および第３の切断部８３の間の距離が小さいために、２つの隣接する切断間の材料の特性が影響を受けて乱れる場合に、本発明は、第１、第２および第３の切断部８１、８２、８３が、それぞれの切断部８１、８２、８３の外側部材から始まって、それぞれの切断部８１、８２、８３の中心に向かう２つの部分的切断部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂ、８３ａ、８３ｂで実行されることを企図していることを示す。
【００９７】
また、図８は、第１および第２の部分的切断部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂは、それぞれの切断部８１、８２に沿って最後まで行われていないが、２つの部分的切断部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂの間に、マイクロジョイント８１ｃ、８２ｃが残っており、一方、第３の部分的切断部８３ａ、８３ｂは、第３の切断部８３の輪郭に接近するように最後まで行われる。
【００９８】
本発明は、上記カッティング装置の制御に異なる変数が利用可能であることを教示する。
【００９９】
カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみが隣接する部材間に見つけられることができないときは常に、１つの部材は、上記クラスター内のもう１つの部材、同じ材料片から切り出されたもう１つのクラスター内の部材、同じ材料片から切り出された１つまたはいくつかの単独部材、または、上記包囲する材料の外側フレームであり、本発明は、第１および第２の変数は、隣接する部材間の許容される最小の距離を制御するために用いられる。
【０１００】
このことは、１つの材料から２つ以上のクラスター９Ａ、９Ｂ、９Ｃがカッティングされることを示し、さらに包囲する材料の外側フレーム９Ｄの一部も示す図９に示されており、全てが隣接する部材を表している。それらのクラスターは、いくつかの異なる部材を含むことが可能であるが、簡単にするために、クラスター９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、単に一様な部材として概略的に図示されている。第１の変数は、隣接する平行ライン９Ａ’、９Ｂ’を有する隣接する部材９Ａ、９Ｂ間の第１の最小距離ａ９を表している。第２の変数は、隣接する部材９Ａ、９Ｃ間の第２の最小距離ｂ９を表し、隣接する部材の少なくとも一方の９Ｃは、隣接する非直線９Ｃ’を有している。本発明は、第２の変数によって表される距離ｂ９が、第１の変数によって表される距離ａ９よりも短いことを教示する。
【０１０１】
また、本発明は、第２の変数によって表される第２の距離ｂ９が、非直線９Ｃ’の半径に基づくことも教示する。また、図９は、より小さな半径を有する形状９Ｃ”が、隣接する部材９Ａ、９Ｃ間のより大きな半径を有する形状９Ｃ’のための最小距離ｂ９よりも短い、隣接する部材９Ｃ、９Ｄ間の最小距離ｄ９を可能にするだろう。この場合に、隣接する部材の少なくとも一方の９Ｂは、隣接するコーナー９Ｂ”を有し、第２の変数によって表される第３の距離ｃ９は、第１および第２の変数によって表される平行でない線９Ｃ’，９Ｃ”のための距離ｂ９、ｄ９よりも短くなりうることも示している。
【０１０２】
第３の変数が、使用する材料を表し、第４の変数が、プラズマ、レーザ、ガス、水、イオン、トーチ、ペレットまたは空気を用いたカッティング等の使用するビームカッティング技術を表すことが企図されている。
【０１０３】
また、第５の変数が、カッティングビームの幅を表すことも企図されており、この場合、第５の変数は、第３および第４の変数に基づく。
【０１０４】
図１０は、使用する材料、使用する材料の厚さおよび使用するカッティング技術に基づいて、導入部１０１または導出部１０２のための角度、形状、および／または長さの自動調節によって、導入部１０１または導出部１０２を設けることができることを示す。
【０１０５】
角度１０１ａ、１０２ａは、導入部１０１および導出部１０２の長さをそれぞれ最小限にしながらも、カッティングビームが導入部１０１で始動する際の穿孔によって形成されるクレーター１０１ｂ、または、そのビームが導出部１０２で停止した際に形成される影響ゾーン１０２ｂが、切断１０３の外側に位置するように、切断１０３に関して可能な限り小さく選定されることが企図されている。
【０１０６】
全ての穴のカッティング、戦略的に位置決めされた分割切断、共通切断、およびポケット等の全てのカッティング操作を上記クラスター内で行い、上記クラスターの外側の輪郭を完成させる前に、必要なマイクロジョイントを生成することが企図されている。
【０１０７】
本発明による方法は、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のためのツールとして、または、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）によって制御されるカッティング機器における数値制御器によって用いられる制御ルールおよび変数の一部として実施できることを理解すべきである。
【０１０８】
本発明の方法に記載されているルールおよび変数は、マニュアルの介入の必要性がなく、設定された変数および距離に従って自動的に実施できることを理解すべきである。
【０１０９】
また、本発明は、図１を再び参照して説明するシステム、すなわち、いくつかの部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃを１つの材料１２からマシンカッティングするためのシステム１１に関し、本発明のシステム１１は、ビームカッティング装置１３と、ビームカッティング装置１３を制御するための制御ユニット１４を備えている。
【０１１０】
制御ユニット１４は、２次元の形状またはパターンをカッティングするための制御ルールのセットに追従するように適応されており、この場合、カッティングすべき形状またはパターンにより、１つのルール、またはいくつかのルールの組合せをカッティング操作に用いることができ、いずれかの形状またはパターンが、１つの材料１２から部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃを形成する。
【０１１１】
本発明は、制御ユニット１４が、自由形状の部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃからなるクラスター１５の形成のためのルールを含む制御ルールのセットに追従するように適応されており、この場合、部材１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、これらの部材の形状が許す限り、隣接する部材間にカッティングビームによる１つの切断部１３ａの厚さ１３ａ’のみが見つけられるように、互いに非常に近接して位置決めされることを具体的に教示する。
【０１１２】
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、隣接する部材間にマイクロジョイントを残し、それによって、それらのマイクロジョイントが、隣接する部材を互いにまとめて保持することを可能にするように適応されており、この場合、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、カッティングすべき輪郭内へ設定した距離だけ、その輪郭の切断を開始させるか、または、図５に示すように、そのカッティングすべき輪郭の端部の前の設定した距離で、輪郭５１２の切断を停止し、それによって、上記カッティング装置は、その輪郭の完全な切断を完了しないように制御され、その結果、第１の部材５１と第２の部材５２を結合するマイクロジョイント５６を設け、そのマイクロジョイントのサイズが、その設定した距離に一致するように構成されることが企図されている。
【０１１３】
図２に示すように、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、部材２１、２２、およびそのクラスターを包囲している材料２の間にマイクロジョイント２４、２５を残し、それによって、マイクロジョイント２４、２５が、その包囲している材料とまとめて部材２１、２２を保持することを可能にするように構成されることが企図されている。
【０１１４】
上記制御ユニットは、マイクロジョイントのサイズを設定する制御ルールに追従するように適応されており、そのサイズを制御するための変数は、使用する材料および使用するカッティング装置に基づく。
【０１１５】
上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、新たな穴をカッティングすることなく、１つのラインまたは輪郭の連続的な切断中に、右側工具径補正、左側工具径補正および工具径補正なしを切替えるように適応されることが企図されている。図２は、箇所２ａでカッティングを開始する場合、第１の部材２１の輪郭から箇所２ｂへカッティングするのに、左側工具径補正が用いられることを示すことによって、このことを示している。箇所２ｂから箇所２ｃへ共通切断を開始する場合、その輪郭の共通切断部の間は、工具径補正は用いられず、箇所２ｃから箇所２ｄへ向かうときには、第２の部材２２の輪郭をカッティングするために、右側工具径補正が用いられる。
【０１１６】
図３に示すように、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、この目的のための分割切断を実行することにより、または、必要な長さよりも長いラインまたは輪郭をカッティングし、および上記カッティング装置を制御して、これによって形成された間隙を旋回領域として利用することにより、戦略的に位置決めされた旋回領域３５’、３６’、３７’を形成するように構成されることが企図されている。
【０１１７】
上記制御ユニットは、そのカッティングビームが、その旋回領域内で、上記カッティング装置に追い付けるように、上記カッティング装置を制御することによって、上記カッティング装置を制御して、その間隙を旋回領域として利用するように構成されている。
【０１１８】
そのビームの追い付きは、異なる方法で実現することができる。上記制御ユニットは、そのカッティング操作を制御して、そのカッティングされた間隙内でのカッティング速度を遅くし、およびそのカッティング操作が、その間隙の他の側部で始められる際に、通常のカッティング速度に加速させるように適応させることが可能である。その旋回領域内の狭い旋回点の本来の理由は、旋回が行われる際に、カッティング速度が減速されるが、いくつかの用途においては、信頼性および／または品質要件により、そのビームが実際に追い付けるようになっていることを確実にするために、そのカッティングプロセス中の操作を能動的に減速させ、または停止させることも必要となる可能性があるということである。
【０１１９】
また、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、カッティングされた間隙内の半径で作動するように、または、カッティングされた間隙内のある角度または位相で作動するように構成することも可能である。
【０１２０】
同様に、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、カッティングビームが遮断ポイントに交差する際に、その遮断ポイント内で、使用するカッティング装置に追い付くことを可能にするように構成することができる。
【０１２１】
図６に示すように、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、２つの切断部、すなわち、第１の切断部６１および第２の切断部６２に、小さな角度６Ａをカッティングし、ライン毎に切断部が設けられ、この実施形態の各切断部６１，６２は、角度６Ａにつながっていることが企図されている。図示するように、各切断部６１，６２は、角度６Ａの先端６Ａ’につながるが、切断部の一方または両方は、角度の先端までずっとつながる必要はなく、図６ｂに示すように、角度の先端にマイクロジョイントを残すことを理解すべきである。
【０１２２】
図６ｂは、別の実施形態を示している。上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、角度６Ｂを２つの切断部６３，６４にカッティングして、１つの切断部６４が上記角度に導かれ、１つの切断部６３が上記角度から遠ざかるように構成されている。この図において、上記角度に導かれる切断部６４は、角度の先端６Ｂ’までずっと導かれず、角度の先端にマイクロジョイント６５を残す。しかしながら、両方の切断部は、図６ａに示すように上記先端までずっと導かれうることを理解すべきである。
【０１２３】
図１１は、上記制御ユニットが上記カッティング装置を制御して、新しい穿孔をどのように作るように構成されているか、また、クラスター内でポケットをどのようにカッティングするかについて異なる実施形態を示している。これらの実施形態によると、上記制御ルールのセットは、新しい穿孔１１ｅ’をポケットエリア１１ｅ内に作るべきと述べるルールを備える。
【０１２４】
ここで、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、穿孔１１ｇ’を作ると共に、クラスター１１を包囲する材料１１ｇにカッティングを開始することによってポケット１１ｆをカッティングして、クラスター内でポケット１１ｆ、またはポケットの一部を切り出すことができることも見られうる。
【０１２５】
また、上記カッティング装置は、穿孔１１ｅ’を作ると共に、クラスター１１内で第１のポケット１１ｅにカッティングを開始することによって、上記クラスター内で第２のポケットをカッティングして、上記クラスター内で第２のポケット１１ｆ、または第２のポケットの一部を切り出すように制御されうる。
【０１２６】
また、上記カッティング装置は、事前に作られた切断部に新しい穿孔１１ｂ’を作るように制御されうる。
【０１２７】
図８に示すように、２つの切断部、すなわち、第１の切断部８１と第２の切断部８２との間の距離が小さいために、２つの切断部８１、８２の間の材料の特性が影響を受けて、乱れ始める場合には、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、それぞれの切断部の外側の部分から始まって、それぞれの切断部の中心に向かう２つの部分的切断部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂで、それぞれの切断部８１、８２を実行するように構成することが企図されている。
【０１２８】
また、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、部分的切断部８１ａ、８１ｂ、８２ａ、８２ｂをそれぞれの切断部に沿って最後まで作られないが、上記２つの部分的切断部の間にマイクロジョイントが残るように構成されることも企図されている。また、第３の切断部８３も図示されており、この場合、マイクロジョイントを残すことなく、最後まで第３の切断部８３の輪郭に近接して、２つの部分的切断部８３ａ、８３ｂが作られる。
【０１２９】
また、上記制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、包囲する材料またはいずれの部材にも属さない部材間の材料が全体的にない部材のクラスターをカッティングするように構成されることが企図されている。
【０１３０】
カッティングビームによる１つの切断部の厚さのみが隣接する部材間に見つけられることができないときは常に、１つの部材は、上記クラスター内のもう１つの部材、同じ材料片から切り出されたもう１つのクラスター内の部材、同じ材料片から切り出された１つまたはいくつかの単独部材、または、上記包囲する材料の外側フレームである。本発明は、上記制御ユニットが、第１および第２の変数を用い、上記カッティング装置を制御して、隣接する部材間の許容される最小の距離を許容するように構成されていることを教示する。
【０１３１】
このことは、１つの材料から２つ以上のクラスター９Ａ、９Ｂ、９Ｃがカッティングされることを示し、さらに包囲する材料の外側フレーム９Ｄの一部も示す図９に示されており、全てが隣接する部材を表している。それらのクラスターは、いくつかの異なる部材を含むことが可能であるが、簡単にするために、クラスター９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、単に一様な部材として概略的に図示されている。
【０１３２】
上記第１の変数は、隣接する平行ライン９Ａ’、９Ｂ’を有する隣接する部材９Ａ、９Ｂ間の第１の最小距離ａ９を表している。第２の変数は、隣接する部材９Ａ、９Ｃ間の第２の最小距離ｂ９を表し、隣接する部材の少なくとも一方の９Ｃは、隣接する非直線９Ｃ’を有している。本発明は、第２の変数によって表される距離ｂ９が、第１の変数によって表される距離ａ９よりも短いことを教示する。
【０１３３】
また、本発明は、第２の変数によって表される第２の距離ｂ９が、非直線９Ｃ’の半径に基づくことも教示する。また、図９は、より小さな半径を有する形状９Ｃ”が、隣接する部材９Ａ、９Ｃ間のより大きな半径を有する形状９Ｃ’のための最小距離ｂ９よりも短い、隣接する部材９Ｃ、９Ｄ間の最小距離ｄ９を可能にするだろう。この場合に、隣接する部材の少なくとも一方の９Ｂは、隣接するコーナー９Ｂ”を有し、第２の変数によって表される第３の距離ｃ９は、第１および第２の変数によって表される平行でない線９Ｃ’，９Ｃ”のための距離ｂ９、ｄ９よりも短くなりうることも示している。
【０１３４】
また、上記制御ユニットは、第３の変数が、使用する材料を表し、第４の変数が、プラズマ、レーザ、ガス、水、イオン、トーチ、ペレットまたは空気を用いたカッティング等の使用するビームカッティング技術を表すことを考慮に入れるように構成されていることもまた企図されている。
【０１３５】
また、上記制御ユニットは、第５の変数が、上記カッティングの幅を表し、上記第５の変数が、上記第３および第４の変数に基づいていることを考慮に入れるように構成されていることもまた企図されている。
【０１３６】
図１０は、上記制御ユニットは、使用する材料、上記使用する材料の厚さおよび使用するカッティング技術に基づいて、導入部１０１または導出部１０２のための角度、形状および／または長さの自動調整によって、上記導入部１０１または導出部１０２を設けるように構成されていることを示す。
【０１３７】
本発明による制御ユニットは、上記カッティング装置を制御して、全ての穴のカッティング、戦略的に位置決めされた分割切断、共通切断、およびポケット等の全てのカッティング操作を上記クラスター内で行い、上記クラスターの外側の輪郭を完成させる前に、必要なマイクロジョイントを生成するように構成されうる。
【０１３８】
本発明のシステムは、コンピュータ支援製造（ＣＡＭ）またはコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のためのツールとして機能するように構成されうる。また、本発明の制御ユニットは、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）装置における数値制御器とすることができる。
【０１３９】
上記制御ユニットは、マニュアルの介入の必要性がなく、設定された変数および距離に従って、本発明のルールおよび変数の自動的な実施をするように構成されうることを理解すべきである。
【０１４０】
また、本発明は、図１に概略的に示されているようなコンピュータプログラムプロダクトＰであって、実行時に、コンピュータＣが、本発明の方法に従って制御ルールおよび変数を実施することを可能にするコンピュータプログラムコードＰ１を備えるコンピュータプログラムプロダクトPにも関する。
【０１４１】
本発明が、本発明の上述したおよび図示されている例示的な実施形態に限定されないこと、および添付クレームに説明されている本発明のコンセプトの範囲内で変更可能であることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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